DE69102995T2

DE69102995T2 - YAG LASER PROCESSING MACHINE FOR THIN FILM PROCESSING.

Info

Publication number: DE69102995T2
Application number: DE69102995T
Authority: DE
Inventors: Noritaka Ishiyama
Original assignee: MATERIALS AND INTELLIGENT DEVI
Current assignee: Innotech Corp
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1991-07-30
Publication date: 1994-10-27
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: US5227607A; EP0513359B1; KR100235340B1; EP0513359A4; KR920702269A; DE69102995D1; WO1992002331A1; EP0513359A1

Description

Diese Erfindung betrifft YAG-Laserbearbeitungsmaschinen und insbesondere eine YAG-Laserbearbeitungsmaschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Präzisionsbearbeitung von Dünnschichten, um beispielsweise eine feine oder winzige Struktur bei der Herstellung von gedruckten Leiterplatten oder bei der Herstellung von Halbleitern direkt zu zeichnen.This invention relates to YAG laser processing machines and, more particularly, to a YAG laser processing machine according to the preamble of claim 1 for precision processing of thin films in order to directly draw, for example, a fine or minute structure in the manufacture of printed circuit boards or in the manufacture of semiconductors.

State of the art

Ein YAG-Laser ist durch eine Schwingungswellenlänge mit relativ kurzer Wellenlänge, wie z.B. 1,06 um, und durch einen hohe mittlere Ausgangsleistung gekennzeichnet, und ist als Vorrichtung relativ kompakt. Der YAG-Laser wurde bereits im großem Umfang auf den Gebieten der Bearbeitung von Kleinteilen und der Feinbearbeitung eingesetzt.A YAG laser is characterized by a relatively short wavelength of oscillation, such as 1.06 µm, and a high average output power, and is relatively compact as a device. The YAG laser has already been widely used in the fields of small part machining and fine machining.

Obwohl Feinbearbeitung genannt, besteht die Feinbearbeitung, die herkömmlicherweise z. B. im Bereich der Halbleiterherstellung möglich war, in der Markierungsbearbeitung von IC-Gehäusen und der Reparatur oder Korrekturbearbeitung oder in der Retusche von Fehlern in einer Photomaske, welche bei einem Herstellungsschritt eines IC's verwendet wird.Although called fine machining, the fine machining that has traditionally been possible in the field of semiconductor manufacturing, for example, consists of the marking machining of IC packages and the repair or correction machining or the retouching of defects in a photomask used in a manufacturing step of an IC.

Es kann nicht unbedingt das als Feinbearbeitung bezeichnet werden, bei dem die Fähigkeiten und die Eigenschaften des Lasers ausreichend genutzt werden.It cannot necessarily be described as fine machining that makes sufficient use of the capabilities and properties of the laser.

Es besteht ein großes Problem bei der Realisierung einer hochpräzisen Feinbearbeitung darin, den Durchmesser eines auf ein Werkstück aufgebrachten Laserstrahls fein oder miniaturisiert und präzise zu gestalten. Insbesondere besteht ein Problem darin, wie ein Laserstrahl effektiv zu bündeln, zu reduzieren oder fein zu gestalten ist. Ferner besteht ein Problem darin, wie ein feiner Strahl unter stabilen Bedingungen arbeiten werden kann, d.h., unter konstanten Bedingungen, bei denen Bearbeitungsveränderungen aufgrund einer Veränderung der Bearbeitungsgeschwindigkeit und einer Schwingung der Vorrichtung und Veränderungen der Oszillationsbedingungen eines Oszillators minimiert werden.A major problem in realizing high-precision finishing is how to make the diameter of a laser beam applied to a workpiece fine or miniaturized and precise. In particular, there is a problem in how to effectively focus, reduce or finely shape a laser beam. Furthermore, there is a problem in how to produce a fine beam under stable conditions. , that is, under constant conditions in which machining variations due to variation in machining speed and vibration of the device and changes in the oscillation conditions of an oscillator are minimized.

In Anbetracht des Vorstehenden hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Entwicklung einer YAG-Laserbearbeitungsmaschine begonnen, bei der die Eigenschaft des YAG-Lasers ausreichend genutzt wird, so daß eine hochpräzise Feinbearbeitung möglich wird, und eine Struktur direkt auf eine Photomaske geschrieben werden kann, die beispielsweise bei einem Herstellungsschritt für gedruckte Leiterplatten mit hoher Packungsdichte oder bei einem Herstellungsschritt von Halbleitern eingesetzt wird.In view of the foregoing, the inventor of the present invention has started development of a YAG laser processing machine in which the property of the YAG laser is sufficiently utilized so that high-precision finishing becomes possible and a pattern can be directly written on a photomask used in, for example, a high-density printed circuit board manufacturing step or a semiconductor manufacturing step.

Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine YAG-Laserbearbeitungsmaschine für die präzise Bearbeitung dünner Schichten bereitzustellen, bei der die vorstehend diskutierten Probleme gelöst und z.B. die Bearbeitung von Photomasken und dergl. bei der Halbleiterherstellung verwendeter Teile möglich gemacht werden kann.In particular, it is an object of the present invention to provide a YAG laser processing machine for the precise processing of thin films, in which the problems discussed above can be solved and, for example, the processing of photomasks and the like parts used in semiconductor production can be made possible.

Disclosure of the invention

Erfindungsgemäß ist eine YAG-Laserbearbeitungsmaschine zur Dünnschichtpräzisionsbearbeitung geschaffen, welche aufweist: einen Bearbeitungsmaschinenkörper, in dem ein von einem Oszillator, der einen gütemodulierten Oszillationsstatus (Q- switch) erzeugt, zur Oszillation angeregter Laserstrahl an ein optisches System mit einer Vielzahl von Linsen angelegt wird, und von einem am vorderen Ende des optischen Systems angeordnetem Kondensor auf die Form eines Punktes gebracht wird, um auf ein Werkstück aufgebracht zu werden, einen XY-Tisch für die Lagerung des Werkstücks und eine Grundplatte, auf welcher der Maschinenkörper und der XY- Tisch montiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine mit einer Begrenzungseinrichtung mit einer Durchgangsbohrung vorgegebener Größe ausgestattet ist, die an einer Stelle zwischen entsprechenden Linsen des optischen Systems angeordnet ist, wodurch ein äußerer Umfangsanteil des Laserstrahls beim Durchgang durch die Bohrung der Begrenzungseinrichtung abgeschnitten wird, um dessen Durchmesser zu reduzieren.According to the invention, there is provided a YAG laser processing machine for thin film precision processing, which comprises: a processing machine body in which a laser beam excited to oscillate by an oscillator which generates a quality-modulated oscillation state (Q-switch) is applied to an optical system having a plurality of lenses and is formed into a point shape by a condenser arranged at the front end of the optical system to be applied to a workpiece, an XY table for supporting the workpiece and a base plate on which the machine body and the XY table are mounted, characterized in that the machine is equipped with a limiting device with a through hole of a predetermined size which is arranged at a location between corresponding lenses of the optical system, whereby an outer peripheral portion of the laser beam is cut off as it passes through the bore of the limiting device in order to reduce its diameter.

In der vorliegenden YAG-Laserbearbeitungsmaschine wird der äußere Umfangsanteil des Laserstrahls durch die Begrenzungseinrichtung abgeschnitten, wodurch der Strahldurchmesser reduziert wird. Dieses beruht jedoch auf der Kenntnis, daß auch dann, wenn dieser äußere Umfangsanteil vernichtet wird, insoweit praktisch kein Einfluß auf den Wirkungsgrad der Bearbeitungsenergie in Hinsicht auf die Energieverteilung im Falle der Dünnschichtbearbeitung ausgeübt wird.In the present YAG laser processing machine, the outer peripheral portion of the laser beam is cut off by the limiting device, thereby reducing the beam diameter. However, this is based on the knowledge that even if this outer peripheral portion is destroyed, there is practically no influence on the efficiency of the processing energy with regard to the energy distribution in the case of thin film processing.

Ferner können durch den Umstand, daß der Strahldurchmesser auf diese Weise reduziert wird, schlechte oder defekte Komponenten mit Zufallsspitzen, die im äußeren Umfangsanteil des Laserstrahls eingeschlossen oder enthalten sind, entfernt werden, so daß der Strahlpunkt noch präziser gemacht werden kann.Furthermore, by reducing the beam diameter in this way, bad or defective components with random peaks included or contained in the outer peripheral portion of the laser beam can be removed, so that the beam spot can be made even more precise.

Der Grund dafür, daß die Begrenzungseinrichtung zwischen den Linsen des optischen Systems angeordnet ist, besteht darin, eine Beschädigung der Begrenzungseinrichtung durch den Laserstrahl zu vermeiden. Insbesondere kann, da der zwischen den Linsen des optischen System aufgeweitete Laserstrahl entsprechend dem Vergrößerungsverhältnis entsprechend in der Energiedichte reduziert ist, damit gerechnet werden, daß die Begrenzungseinrichtung nicht beschädigt wird, wenn der Laserstrahl aufgeweitet ist.The reason why the limiting device is arranged between the lenses of the optical system is to prevent damage to the limiting device by the laser beam. In particular, since the laser beam expanded between the lenses of the optical system is reduced in energy density according to the magnification ratio, it can be expected that the limiting device will not be damaged when the laser beam is expanded.

Bei der YAG-Laserbearbeitungsmaschine mit dem vorstehenden Aufbau zieht man es vor, daß der Maschinenkörper mit einer Verschlußeinrichtung zur Ausführung einer EIN/AUS-Steuerung zum Aufbringen des Laserstrahls in der Form versehen ist, daß diese sich an einer Stelle außerhalb des Oszillators befindet.In the YAG laser processing machine having the above structure, it is preferable that the machine body is provided with a shutter device for carrying out ON/OFF control for applying the laser beam in such a way that it is located at a position outside the oscillator.

Insbesondere ist es damit möglich, die EIN/AUS-Steuerung zum Aufbringen des Laserstrahls durch die Verschlußeinrichtung auszuführen, die sich außerhalb des Oszillators befindet. Es kann somit vermieden werden, daß das Stoppen/Starten des Oszillators während des Bearbeitungsvorgangs ausgeführt wird. Demzufolge ist es möglich, die Präzisionsbearbeitung noch stabiler auszuführen. Obwohl die Q-switch- Oszillation (Güteoszillation) eine stabile Oszillation erzeugen kann, wenn die Q- switch-Oszillation die Oszillation im allgemeinen kontinuierlich ausführt, weist die Q-switch-Oszillation insbesondere eine Eigenart dahingehend auf, daß die Ausgangsleistung in einen Anfangsstadium des Starts bei Einsatzbeginn und bei einem Start nach einem Stop der Oszillation zwischendurch instabil ist. Diese leichte Instabilität der Ausgangsleistung übt eine nicht geringe Beeinträchtigung bzw. beträchtlichen Einfluß auf die Präzisionsbearbeitung der Dünnschicht aus. Bei der vorliegenden Maschine kann es jedoch vermieden werden, daß das Stoppen/Starten des Oszillators während der Bearbeitung ausgeführt wird. Somit ist es möglich, den Einfluß der Instabilität in der Ausgangsleistung im Anfangsstadium des Startvorgangs zu vermeiden.In particular, it is possible to carry out the ON/OFF control for applying the laser beam through the shutter device located outside the oscillator It is thus possible to avoid the stopping/starting of the oscillator during the machining operation. Accordingly, it is possible to perform the precision machining more stably. Although the Q-switch oscillation can produce a stable oscillation when the Q-switch oscillation generally performs the oscillation continuously, the Q-switch oscillation in particular has a characteristic that the output is unstable in an initial stage of start-up at the start of use and in a start after the oscillation is stopped. This slight instability of the output exerts a considerable detriment or influence on the precision machining of the thin film. However, in the present machine, it is possible to avoid the stopping/starting of the oscillator during the machining operation. Thus, it is possible to avoid the influence of the instability in the output in the initial stage of start-up.

Ferner zieht man es bei einer derartigen YAG-Laserbearbeitungsmaschine vor, daß der Maschinenkörper mit einer Oberwellenresonator-Einrichtung ausgestattet ist, um den Laserstrahl auf eine Oberwelle (harmonische Welle) umzusetzen.Furthermore, in such a YAG laser processing machine, it is preferred that the machine body is equipped with a harmonic resonator device in order to convert the laser beam into a harmonic wave.

Insbesondere durch den Umstand, daß der Laserstrahl auf eine Oberwelle umgesetzt wird, kann eine weitere Verkleinerung des Strahlpunktdurchmessers erreicht werden. Die Verkleinerung des Strahlpunktdurchmessers aufgrund dieser Oberwelle bewirkt eine große und rasche Veränderung hinsichtlich der Bearbeitung der Dünnschicht im Vergleich zu einem Fall mit einer Grundwellenlänge von 1,06 um. Obwohl natürlich der Durchmesser mechanisch reduziert werden kann, weist insbesondere die auf hohe Dichte bringende Wirkung der durch Oberwellenresonanz erzeugten Energie bezüglich der Dünnschichtbearbeitung eine unerwartete Eignung auf. Es wird möglich, eine Präzisionsbearbeitung auszuführen, bei der das im Falle der Grundwellenlänge mögliche Auftreten von Drossflecken in keinem Falle vorkommt.In particular, by converting the laser beam to a harmonic, a further reduction in the beam spot diameter can be achieved. The reduction in the beam spot diameter due to this harmonic causes a large and rapid change in the processing of the thin film compared to a case with a fundamental wavelength of 1.06 µm. Although the diameter can of course be reduced mechanically, the high-density effect of the energy generated by harmonic resonance in particular has an unexpected suitability for thin film processing. It becomes possible to carry out precision processing in which the occurrence of dross spots, which is possible in the case of the fundamental wavelength, never occurs.

Des weiteren zieht man es bei einer derartigen YAG-Laserbearbeitungsmaschine vor, daß die Grundplatte aus massivem Stein ausgebildet und auf mehreren Standbeinen unter Zwischenschalten entsprechender pneumatischer Federn befestigt wird. Insbesondere durch den Umstand, daß die Grundplatte auf diese Weise ausgebildet ist, ist die Grundplatte bezüglich Schwingung extrem stabilisiert. Es wird möglich, den winzigen, von den vorgenannten Elementen erzeugten Strahlpunkt noch genauer auf das Werkstück aufzubringen, was eine weitere Verbesserung der Bearbeitungspräzision erlaubt.Furthermore, it is preferred that the base plate of such a YAG laser processing machine is made of solid stone and rests on several legs with the interposition of appropriate pneumatic springs. In particular, the fact that the base plate is designed in this way means that the base plate is extremely stabilized with regard to vibration. It is possible to apply the tiny beam spot generated by the aforementioned elements even more precisely to the workpiece, which allows a further improvement in machining precision.

Darüber hinaus zieht man bei einer derartigen YAG-Laserbearbeitungsmaschine ferner vor, daß die X-Bewegung und Y-Bewegung betreffenden Daten des XY-Tisches als Impulssignale von einem Kodierer empfangen werden, die Daten von einer ODER-Schaltung verarbeitet werden, und die Impulsaufbringung des Laserstrahls auf der Basis eines Ausgangssignals von der ODER-Schaltung gesteuert wird.Moreover, in such a YAG laser processing machine, it is further preferable that the X-movement and Y-movement data of the XY table are received as pulse signals by an encoder, the data are processed by an OR circuit, and the pulse application of the laser beam is controlled based on an output signal from the OR circuit.

Insbesondere durch eine derartige Steuerung kann die Impulsaufbringung des Laserstrahls durch konstante Abstandsintervalle unabhängig von den XY-Bewegungen ausgeführt werden.In particular, by means of such a control, the pulse application of the laser beam can be carried out through constant spacing intervals independently of the XY movements.

Somit kann ein als Instabilisierung des Abschneidezustands bezeichnetes Phänomen aufgrund von Schwankungen der Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks vermieden werden. Die Effektivität des von den vorgenannten entsprechenden Elementen erzeugten kleinen Punktstrahls kann weiter in den praktischen Betrieb umgesetzt werden. Es kann ein Versuch gemacht werden, die Verarbeitungspräzision weiter zu verbessern.Thus, a phenomenon called instabilization of the cutting state due to fluctuations in the movement speed of the workpiece can be avoided. The effectiveness of the small spot beam generated by the aforementioned corresponding elements can be further put into practical operation. An attempt can be made to further improve the processing precision.

Short description of the drawings

Es stellen dar:They represent:

Fig. 1 eine Seitenaufrißansicht einer YAG-Laserbearbeitungsmaschine;Fig. 1 is a side elevation view of a YAG laser processing machine;

Fig. 2 eine schematische Anordnungsansicht eines Maschinenkörpers;Fig. 2 is a schematic arrangement view of a machine body;

Fig. 3 eine schematischen Anordnungsansicht, welche eine Beziehung zwischen einem parallelisierenden optischen System und einer Drossel- oder Begrenzungseinrichtung und einer Verschlußeinrichtung darstellt; undFig. 3 is a schematic arrangement view showing a relationship between a parallelizing optical system and a restricting or limiting device and a shutter device; and

Fig. 4 eine Ansicht eines Steuersystems einer Steuereinrichtung für einen Laserstrahl.Fig. 4 is a view of a control system of a control device for a laser beam.

Best mode for carrying out the invention

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend beschrieben.An embodiment of the invention is described below.

Eine der Ausführungsform entsprechende YAG-Laserbearbeitungsmaschine 1 weist einen Maschinenkörper 2, einen XY-Tisch 3 und eine Grundplatte 4 auf, auf welcher der Maschinenkörper 2 und der XY-Tisch 3, wie in Fig. 1 dargestellt, befestigt sind.A YAG laser processing machine 1 according to the embodiment has a machine body 2, an XY table 3 and a base plate 4 on which the machine body 2 and the XY table 3 are mounted, as shown in Fig. 1.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist der Maschinenkörper 2 mit einem Oszillator 10, einer Oberwellenresonator-Einrichtung 11 und einem optischen System 12 ausgestattet. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist der Maschinenkörper 2 mit einer Drossel- oder Begrenzungseinrichtung 13 und einer Verschlußeinrichtung 14 innerhalb des optischen Systems 12 ausgestattet.As shown in Fig. 2, the machine body 2 is equipped with an oscillator 10, a harmonic resonator device 11 and an optical system 12. As shown in Fig. 3, the machine body 2 is equipped with a throttle or limiting device 13 and a shutter device 14 within the optical system 12.

Der Oszillator 10 ist mit einem YAG-Stab 15, einem Paar reflektierender Front- und Rückseitenspiegel 16 und 16, einem Gütemodulator (Q-switch) 17 und einer Apertur 18 ausgestattet, und so angeordnet, daß die Güteschalter-Oszillation durch Betrieb des Güteschalters 17 ausgeführt werden kann. Ferner weist ein zur Oszillation angeregter Laserstrahl B einen Strahldurchmesser auf, welcher durch die Apertur 18 auf einen konstanten Durchmesser gebracht wird. Hier bedeutet "konstanter Durchmesser" einen konstanten Durchmesser, welcher so weit wie möglich innerhalb eines vom Oszillator 10 zur Schwingung anregbaren Bereichs eingeschränkt ist. In diesem Beispiel beträgt der konstante Durchmesser 1,3 mm.The oscillator 10 is provided with a YAG rod 15, a pair of front and rear reflecting mirrors 16 and 16, a Q-switch 17 and an aperture 18, and is arranged so that Q-switch oscillation can be carried out by operating the Q-switch 17. Further, a laser beam B excited to oscillate has a beam diameter which is made to be a constant diameter by the aperture 18. Here, "constant diameter" means a constant diameter which is restricted as much as possible within a range which can be excited to oscillate by the oscillator 10. In this example, the constant diameter is 1.3 mm.

Die Oberwellenresonator-Einrichtung 11 ist für die Oberwellenumsetzung des Laserstrahls B, welcher vom Oszillator 10 mit einer Wellenlänge von 1,06 mm zur Oszillation angeregt wird, vorgesehen, und in diesem Beispiel wird eine Oberwellenresonator-Einrichtung verwendet, welche eine zweite Oberwelle (Wellenlänge: 532 nm) erzeugen kann.The harmonic resonator device 11 is provided for the harmonic conversion of the laser beam B which is excited to oscillate by the oscillator 10 with a wavelength of 1.06 mm, and in this example, a harmonic resonator device which can generate a second harmonic (wavelength: 532 nm) is used.

Das optische System 12 weist ein parallelisierendes optisches System 19, welches die Parallelität des Laserstrahls B aus dem Oszillator 10 weiter steigert, einen Kondensor 20 zur Bündelung des von dem parallelisierenden optischen Systems 19 emittierten Laserstrahls B in die Form eines Brennpunkts zur Aufbringung auf ein Werkstück M und einen Reflektionsspiegel 21 auf, der dazu vorgesehen ist, einen optischen Pfad um 90º an einer Stelle zwischen dem parallelisierenden optischen System 19 und dem Kondensor 20 zu ändern oder zu verändern.The optical system 12 includes a parallelizing optical system 19 which further increases the parallelism of the laser beam B from the oscillator 10, a condenser 20 for concentrating the laser beam B emitted from the parallelizing optical system 19 into the form of a focal point for application to a workpiece M, and a reflection mirror 21 which is provided for changing or altering an optical path by 90° at a location between the parallelizing optical system 19 and the condenser 20.

Wie in Fig. 3 dargestellt, weist das parallelisierende optische System 19 eine vergrößernde konkave Linse 22, eine parallelisierende konvexe Linse 23, eine verkleinernde konvexe Linse 24 und eine parallelisierende konkave Linse 25 in von der Einfallseite her angeordneter Reihenfolge auf. Der das parallelisierende optische System 19 durchlaufende Laserstrahl B wird von der parallelisierenden konvexen Linse 23 unter der Bedingung, daß der Laserstrahl B um eine vorgegebene Vergrößerung, in diesem Beispiel fünffach (5-fach), durch die vergrößernde konkave Linse 22 vergrößert wird, parallelisiert, dann durch die verkleinernde konvexe Linse (24) auf 1/5 verkleinert, und danach durch die parallelisierende konvexe Linse 25 parallelisiert, wodurch eine höhere Parallelisierung erreicht wird.As shown in Fig. 3, the parallelizing optical system 19 comprises a magnifying concave lens 22, a parallelizing convex lens 23, a reducing convex lens 24 and a parallelizing concave lens 25 in order arranged from the incident side. The laser beam B passing through the parallelizing optical system 19 is parallelized by the parallelizing convex lens 23 under the condition that the laser beam B is magnified by a predetermined magnification, in this example five times (5 times), by the magnifying concave lens 22, then reduced to 1/5 by the reducing convex lens (24), and thereafter parallelized by the parallelizing convex lens 25, thereby achieving higher parallelization.

Die Begrenzungseinrichtung 13 ist für eine weitere Verkleinerung des Durchmessers des von dem Oszillator 10 mit dem Durchmesser von 1,3 mm zur Oszillation angeregten Laserstrahls B vorgesehen, um einen Brennpunktdurchmesser des Brennpunktes mittels des Kondensors 20 weiter zu reduzieren. Die Begrenzungseinrichtung 13 ist als Plattenelement mit einer Durchgangsbohrung 26, deren Durchmesser beispielsweise 1mm ist, ausgebildet, was einem erforderlichen Kompressionsgrad zur Verfeinerung entspricht. Die Begrenzungseinrichtung 13 ist zwischen der parallelisierenden konvexen Linse 23 und der verkleinernden konvexen Linse 24 so angeordnet, daß ein Mittelpunkt der Durchgangsbohrung 26 am Mittelpunkt des optischen Pfades angeordnet ist. Die Begrenzungseinrichtung 13 ist so angeordnet, daß sie den Laserstrahl B in einem Abschnitt außerhalb der Durchgangsbohrung 26 abfängt oder abschneidet. In diesem Zusammenhang wird die Begrenzungseinrichtung 13 durch eine im Durchmesser zur Durchgangsbohrung 26 der Begrenzungseinrichtung 13 unterschiedliche ersetzt, wodurch es möglich ist, den Kompressionsgrad zur Verfeinerung zu ändern.The limiting device 13 is provided for a further reduction in the diameter of the laser beam B excited to oscillate by the oscillator 10 with the diameter of 1.3 mm, in order to further reduce a focal point diameter of the focal point by means of the condenser 20. The limiting device 13 is designed as a plate element with a through hole 26, the diameter of which is, for example, 1 mm, which corresponds to a required degree of compression for refinement. The limiting device 13 is between the parallelizing convex lens 23 and the reducing convex lens 24 are arranged so that a center of the through hole 26 is located at the center of the optical path. The restrictor 13 is arranged so as to intercept or cut off the laser beam B in a portion outside the through hole 26. In this connection, the restrictor 13 is replaced by one having a different diameter from the through hole 26 of the restrictor 13, whereby it is possible to change the degree of compression for refinement.

Dementsprechend verhält sich der das parallelisierende optische System 19, in das die Begrenzungseinrichtung 13 eingesetzt ist, durchlaufende Laserstrahl B so, daß ein Durchmesser des parallelisierenden Systems 19 mechanisch durch die Begrenzungseinrichtung 13 an einer Stelle zwischen der parallelisierenden konvexen Linse 23 und der verkleinernden konvexen Linse 24 verkleinert und eine schlechte oder mangelhafte Zusammensetzung an einem äußeren Umfangsanteil entfernt wird. Der Laserstrahl B tritt in die verkleinernde konvexe Linse 24 in einem Zustand von beispielsweise 1 mm Durchmesser, bei dem die mangelhafte Zusammensetzung entfernt ist, ein, und der Laserstrahl B wird weiter verkleinert. Letztlich wird der Laserstrahl B auf ein Durchmesser von 0,2 mm gebracht und fällt auf den Kondensor 20. Als Ergebnis wird ein Brennpunktdurchmesser von etwa 2 bis 5 um erzeugt, was beachtlich verkleinert oder im Vergleich zu dem herkömmlichen beachtlich dünn oder fein ist. Eine Bearbeitung, bei der eine Struktur direkt auf eine Photomaske, die beispielsweise zur Herstellung von Halbleiterschaltungen der 4-Megabit-Klasse verwendet werden, geschrieben wird, und ferner eine Bearbeitung wie die, bei der eine Struktur direkt auf ein Substrat jedes einzelnen Halbleiters geschrieben wird, sind ebenfalls möglich geworden. In diesem Zusammenhang ist ein Zustand oder Status des Laserstrahls B, bei dem die Begrenzungseinrichtung 13 nicht verwendet wird, in der Figur durch eine Doppelpunkt-Strich-Linie dargestellt.Accordingly, the laser beam B passing through the parallelizing optical system 19 in which the restrictor 13 is inserted behaves such that a diameter of the parallelizing optical system 19 is mechanically reduced by the restrictor 13 at a position between the parallelizing convex lens 23 and the reducing convex lens 24 and a poor or defective composition is removed at an outer peripheral portion. The laser beam B enters the reducing convex lens 24 in a state of, for example, 1 mm in diameter in which the defective composition is removed, and the laser beam B is further reduced. Finally, the laser beam B is made to have a diameter of 0.2 mm and is incident on the condenser 20. As a result, a focal point diameter of about 2 to 5 µm is produced, which is considerably reduced or considerably thin or fine as compared with the conventional one. Processing such that a pattern is directly written on a photomask used for manufacturing 4-megabit class semiconductor circuits, for example, and further processing such that a pattern is directly written on a substrate of each semiconductor have also become possible. In this connection, a state or status of the laser beam B in which the limiting device 13 is not used is shown by a double-dot chain line in the figure.

Die Verschlußeinrichtung 14 ist zwischen der parallelisierenden konvexen Linse 23 und der verkleinernden konvexen Linse 24 ähnlich wie die Begrenzungseinrichtung 13 angeordnet. Die Verschlußeinrichtung 14 ist für die Ausführung der EIN/AUS- Steuerung der Bestrahlung oder Aufbringung des Laserstrahls B auf das Werkstück M vorgesehen. Auf diese Weise wird die EIN/AUS-Steuerung zur Aufbringung des Laserstrahls durch die Verschlußeinrichtung 14 ausgeführt, welche außerhalb des Oszillators 10 angeordnet ist, wodurch eine Präzisions- oder Feinbearbeitung weiterhin stabil durchgeführt werden kann. Insbesondere kann durch die Verwendung der Verschlußeinrichtung 14 vermieden werden, das Stoppen/Starten des Oszillators während der Bearbeitung durchzuführen, so daß es möglich ist, die Beeinträchtigung oder den Einfluß einer Ausgangsleistungsinstabilität im Anfangsstadium des Startvorgangs zu vermeiden. In diesem Zusammenhang können bekannte Elemente als detaillierte Ausführung der Verschlußeinrichtung 14 verwendet werden, und es wird auf deren Beschreibung verzichtet.The shutter device 14 is arranged between the parallelizing convex lens 23 and the reducing convex lens 24 similarly to the limiting device 13. The shutter device 14 is for carrying out the ON/OFF Control of irradiation or application of the laser beam B to the workpiece M is provided. In this way, the ON/OFF control for application of the laser beam is carried out by the shutter 14 arranged outside the oscillator 10, whereby precision or fine machining can be further stably performed. In particular, by using the shutter 14, it is possible to avoid performing the stop/start of the oscillator during machining, so that it is possible to avoid the interference or influence of output instability at the initial stage of the start-up. In this connection, known elements can be used as a detailed embodiment of the shutter 14, and the description thereof will be omitted.

Der Grund dafür, daß die Begrenzungseinrichtung 13 und die Verschlußeinrichtung 14 zwischen der parallelisierenden konvexen Linse 23 und der verkleinernden konvexen Linse 24 angeordnet sind, besteht darin, Beschädigungen der Begrenzungsein richtung 13 und der Verschlußeinrichtung 14 durch den Laserstrahl B zu vermeiden. Der Laserstrahl B ist insbesondere, wie vorstehend beschrieben, an einer Stelle zwischen der parallelisierenden konvexen Linse 23 und der verkleinernden konvexen Linse 24 fünffach (5-fach) aufgeweitet, und eine Energie des Laserstrahls B ist auf 1/5 reduziert. Aus diesem Grunde kann, wenn die Begrenzungseinrichtung 13 und die Verschlußeinrichtung 14 hier angeordnet sind, eine Beschädigung der Begrenzungseinrichtung 13 und der Verschlußeinrichtung 14 vermieden werdenThe reason why the restrictor 13 and the shutter 14 are arranged between the parallelizing convex lens 23 and the reducing convex lens 24 is to prevent damage to the restrictor 13 and the shutter 14 by the laser beam B. Specifically, as described above, the laser beam B is expanded five times (5 times) at a location between the parallelizing convex lens 23 and the reducing convex lens 24, and an energy of the laser beam B is reduced to 1/5. For this reason, if the restrictor 13 and the shutter 14 are arranged here, damage to the restrictor 13 and the shutter 14 can be prevented.

Der XY-Tisch 3 ist mit einer Steuereinrichtung für den Laserstrahl ausgestattet, wie sie in einer in Fig. 4 gezeigten Steuersystemansicht dargestellt ist. Die Steuereinrichtung für den Laserstrahl detektiert den Betriebszustand eines (nicht dargestellten) Motors, der als Antriebsquelle für den XY-Tisch 3 dient, oder die Bewegung des XY- Tisches 3 durch einen Linearkodierer oder Rotationskodierer. Durch eine ODER- Schaltung 27 wird eine logische Summe oder ein Additionsergebnis unter Berücksichtigung der sich auf die entsprechenden detektierten X-Bewegung und Y-Bewegung beziehenden Daten gebildet, und ein Ausgangssignal davon wird über eine n- fach-Schaltung 28 in eine Laseraufbring-Steuerschaltung 29 eingegeben.The XY table 3 is provided with a laser beam controller as shown in a control system view shown in Fig. 4. The laser beam controller detects the operating state of a motor (not shown) serving as a drive source for the XY table 3 or the movement of the XY table 3 by a linear encoder or rotary encoder. A logical sum or addition result is formed by an OR circuit 27 taking into account the data relating to the respective detected X-movement and Y-movement, and an output signal thereof is input to a laser application control circuit 29 via an n-circuit 28.

Es werden insbesondere Impulssignale erhalten, die konstanten Abstandsintervallen der jeweiligen X-Bewegung und Y-Bewegung entsprechen. Sobald irgendeines der Impulssignale der jeweiligen X-Bewegung und Y-Bewegung vorliegt, wird die Impulsbestrahlung oder Aufbringung des Lasers dem Impulssignal gemäß, ausgeführt. Die Einfügung der n-fach-Schaltung bewirkt, daß für jede X-Bewegung und Y-Bewegung die Anzahl der Laserstrahlimpulse zu n pro Einzelimpulssignal wird.Specifically, pulse signals corresponding to constant spacing intervals of the respective X-movement and Y-movement are obtained. As soon as any of the pulse signals of the respective X-movement and Y-movement is present, the pulse irradiation or application of the laser is carried out in accordance with the pulse signal. The insertion of the n-fold circuit causes the number of laser beam pulses to become n per single pulse signal for each X-movement and Y-movement.

Auf diese Weise werden die die XY-Bewegungen betreffenden Daten als Impulssignale von dem Kodierer erhalten. Auf der Basis der Daten wird die Impulsaufbringung des Laserstrahls gesteuert, wodurch die Impulsaufbringung des Laserstrahls in konstanten räumlichen Intervallen oder in einem Abstand ausgeführt werden kann, die/der unabhängig von den Geschwindigkeiten der entsprechenden XY-Bewegung ist. Somit kann ein als schlechte Qualität oder Minderwertigkeit eines Abschneidezustands bezeichnetes Phänomen vermieden werden, welches sich aus einer Änderung oder Schwankung in einer Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks aufgrund einer unvermeidlichen Abbremsung z.B. an einem Eckenabschnitt ergibt. Darüber hinaus werden die Daten der XY-Bewegungen durch die ODER-Schaltung 27 verarbeitet, welche die Verarbeitung im Vergleich zu einem Rechner mit ziemlich hoher Geschwindigkeit verarbeiten kann. Dadurch wird eine Bearbeitung mit einer im Vergleich zur herkömmlichen Vorrichtung höheren Geschwindigkeit ermöglicht.In this way, the data concerning the XY movements are obtained as pulse signals from the encoder. Based on the data, the pulse application of the laser beam is controlled, whereby the pulse application of the laser beam can be carried out at constant spatial intervals or at a distance that is independent of the speeds of the corresponding XY movements. Thus, a phenomenon called poor quality or inferiority of a cutting state resulting from a change or fluctuation in a movement speed of the workpiece due to an inevitable deceleration at a corner portion, for example, can be avoided. In addition, the data of the XY movements are processed by the OR circuit 27, which can process the processing at a fairly high speed compared to a computer. This enables machining at a higher speed compared to the conventional apparatus.

Die Grundplatte 4 besteht aus einem festen Stein mit relativ hohem spezifischen Gewicht, wie z.B. Granit, und wird von vier (4) Standbeinen 31, 31... unter Zwischenschaltung entsprechender Luft- oder pneumatischer Federn 31 unterstützt. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß bei diesem Beispiel jede der pneumatischen Federn 30 vom Balgentyp als "pneumatische Feder" eingesetzt wird. Die Erfindung sollte jedoch nicht darauf beschränkt sein, und es können beliebige andere geeignete Elemente verwendet werden.The base plate 4 is made of a solid stone with a relatively high specific gravity, such as granite, and is supported by four (4) legs 31, 31... with the interposition of respective air or pneumatic springs 31. In this connection, it should be noted that in this example, each of the bellows-type pneumatic springs 30 is used as a "pneumatic spring". However, the invention should not be limited to this, and any other suitable elements may be used.

Eine derartige Grundplatte 4 ist durch den Umstand gekennzeichnet, daß eine Beeinträchtigung oder Beeinflussung durch Umgebungsschwingungen effektiv unterdrückt werden können.Such a base plate 4 is characterized by the fact that any impairment or influence by ambient vibrations can be effectively suppressed.

Insbesondere wirken eine wirksame Schwingungsabsorbierfähigkeit aufgrund der pneumatischen Federn 30 und eine Fähigkeit zur Unterdrückung höherfrequenter Schwingungen, aufgrund des Umstandes, daß die Grundplatte 4 in einem Stück aus festem Stein besteht, zusammen, so daß von einem Fundament oder von einem erhöhten Geschoß übertragene Umgebungsschwingungen effektiv unterdrückt werden können.In particular, an effective vibration absorbing ability due to the pneumatic springs 30 and an ability to suppress higher frequency vibrations due to the fact that the base plate 4 is made in one piece from solid stone work together so that ambient vibrations transmitted from a foundation or from an elevated floor can be effectively suppressed.

Industrial application

Wie vorstehend beschrieben, ist die erfindungsgemäße YAG-Laserbearbeitungsmaschine so eingerichtet, daß der äußere Umfangsanteil des Laserstrahls durch die Begrenzungseinrichtung abgeschnitten wird, wodurch der Strahldurchmesser verengt oder verkleinert und zu einem präzisen gemacht wird, daß die EIN/AUS-Steuerung der Laserstrahlaufbringung durch die außerhalb des Oszillators angeordnete Verschlußeinrichtung ausgeführt wird, wodurch die Ausgangsleistung des Laserstrahls stabilisiert wird, daß die Oberwellenresonator-Einrichtung vorgesehen ist, um den Laserstrahl auf eine Oberwelle umzusetzen, wodurch versucht werden kann, den Durchmesser des Strahlpunktes zu verkleinern und präziser zu machen, daß die Grundplatte aus festem Stein besteht und auf den Standbeinen unter Zwischenschaltung der pneumatischen Federn befestigt ist, wodurch versucht werden kann, die Rüttelfestigkeit zu verbessern, und daß die die X-Bewegung und die Y-Bewegung des XY-Tisches betreffenden Daten vom dem Kodierer als Impulssignale erhalten werden und daß die Impulsaufbringung des Laserstrahls auf der Basis der Daten gesteuert wird, wodurch die Bearbeitung bei schwankender Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstückes stabil gemacht werden kann, und demzufolge eine sehr hochpräzise Bearbeitung ermöglicht wird, wie beispielsweise das direkte Zeichnen der Struktur auf die Photomaske, welche in dem Herstellungsschritt gedruckter Leiterplatten mit hoher Packungsdichte und im Herstellungsschritt von Halbleitern verwendet wird.As described above, the YAG laser processing machine according to the present invention is arranged so that the outer peripheral portion of the laser beam is cut off by the restricting means, thereby narrowing or reducing the beam diameter and making it precise, the ON/OFF control of the laser beam application is carried out by the shutter means arranged outside the oscillator, thereby stabilizing the output of the laser beam, the harmonic resonator means is provided to convert the laser beam to a harmonic, thereby attempting to reduce the diameter of the beam spot and make it more precise, the base plate is made of solid stone and is fixed on the legs with the interposition of the pneumatic springs, thereby attempting to improve the vibration resistance, and the data concerning the X-movement and the Y-movement of the XY table are obtained from the encoder as pulse signals, and the pulse application of the laser beam is controlled based on the data, whereby the processing can be made stable when the movement speed of the workpiece varies, and thus very high-precision processing is possible, such as direct drawing of the pattern on the photomask used in the manufacturing step of high-density printed circuit boards and in the manufacturing step of semiconductors.

Claims

1. YAG laser processing machine for thin film precision processing, comprising: a processing machine body (2) in which a laser beam (B) excited to oscillate by an oscillator (10) generating a Q-switched oscillation state is applied to an optical system (12) having a plurality of lenses (22 to 25) and is formed into a point shape by a condenser (25) arranged at a front end of the optical system (12) to be applied to a workpiece, an XY table (3) for supporting the workpiece, and a base plate (4) on which the machine body (2) and the XY table (3) are mounted, characterized in that the machine body (2) is provided with a limiting device (13) having a through hole (26) of a predetermined size formed at a location between corresponding lenses (23, 24) of the optical system, whereby an outer portion of the laser beam (B) is cut off when passing through the through hole (36) of the limiting device (13) in order to reduce its diameter.

2. YAG laser processing machine according to claim 1, characterized in that the machine body (2) is equipped with a shutter device (14) for carrying out the ON-OFF control of the laser beam application, the shutter device (14) being located outside the oscillator (10).

3. YAG laser processing machine according to claim 1 or claim 2, characterized in that the machine body (2) is equipped with a harmonic resonator device (11) for converting the laser beam (B) into a harmonic harmonic.

4. YAG laser processing machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the base plate (4) consists of a solid stone and is fastened to several legs (31) with the interposition of corresponding pneumatic springs (30).

5. YAG laser processing machine according to one of claims 1 to 4, further characterized by a control device (27 to 29) in which the data concerning the X-movement and the Y-movement of the XY table are obtained as pulse signals from an encoder, the data are processed by an OR circuit (27) and the pulse irradiation of the laser beam is controlled on the basis of an output signal from the OR circuit (27).